*Tujuan pembelajaran
Mempermudah kita dalam memahami tentang fluida statis
2. Azas Bernoulli dalam fluida bergerak menyatakan hubungan antara ….
jawab :
Pada gambar tersebut, G adalah generator 1.000 W yang digerakan dengan kincir angin, generator hanya menerima energi sebesar 80% dari air. Bila generator dapat bekerja normal, maka debit air yang sampai kekincir air dalah ….
jawaban:
4. Suatu fluida ideal mengalir di dlaam pipa yang diameternya 5 cm, maka kecepatan aliran fluida adalah ….
jawaban:
5. Sebuah selang karet menyemprotkan air vertikal ke atas sejauh 4,05 meter. Bila luas ujung selang adalah 0,8 cm2, maka volume air yang keluar dari selang selama 1 menit adalah … liter
jawaban
6. Minyak mengalir melalui sebuah pipa bergaris tengah 8 cm dengan kecepatan rata-rata 3 m/s. Cepat aliran dalam pipa sebesar ….
jawaban:
7. Debit air yang keluar dari pipa yang luas penampangnya 4cm2 sebesar 100 cm3/s. Kecepatan air yang keluar dari pipa tersebut adalah ….
jawaban: c
8.Air mengalir kedalam sebuah bak dengan debit tetap 0,5 liter/s. Jika bak tersebut berukuran 1x1x1 m3, maka bak tersebut akan penuh dalam waktu … menit.
10. jawaban:
2. Pipa yang mempunyai dua penampang A1 dan A2 digunakan untuk mengaliri air. Luas penampang A1 = 20 cm² dan luas penampang A2 = 10 cm². Perbandingan kecepatan aliran pada penampang A1 dengan penampang A2 adalah....
3. Jika kecepatan aliran udara di bagian bawah sayap pesawat 70 m/s, berapakah kecepatan di atasnya jika tekanan ke atas yang diperolehnya adalah 20 N/m² ? ( p = 1,29 kg/m³ )
4. Sebuah lubang yang terletak 5 m di bawah permukaan air sebuah bak yang besar mempunyai diameter 0,5 cm
Tenukan:
a. Kecepatan keluarnya air melalui lubang tersebut
5. Sebuah pipa harizontal mempunyai luas penampang 10 cm² dalam suatu bagian dan 20 cm² dalam bagian lainnya laju air dalam penampang pertama adalah 2 m/s dan tekanan air dalam penampang kedua adalah 4 x 10⅝ N/m². Berpakah tekanan air dalam penampang pertama?
Tugas proyek fisika
Semester ganjil
Guru fisika Indri Dayana M. Si
Mempermudah kita dalam memahami tentang fluida statis
A.Pengertian Fluida Dinamis
Fluida dinamis adalah fluida (bisa berupa zat cair, gas) yang bergerak. Untuk memudahkan dalam mempelajari, fluida disini dianggap mempunyai kecepatan yang konstan terhadap waktu, tidak termampatkan (tidak mengalami perubahan volume), tidak kental, tidak turbulen (tidak mengalami putaran-putaran). Dalam kehidupan sehari-hari, banyak sekali hal yang berkaitan dengan fluida dinamis ini.
Rumus umum:
Debit
Q = V/t
Q = Av
Keterangan :
Q = debit (m3/s)
V = volume (m3)
t = waktu (s)
A = luas penampang (m2)
v = kecepatan aliran (m/s)
1 liter = 1 dm3 = 10−3 m3
Persamaan Kontinuitas
Q1 = Q2
A1v1 = A2v2
Persamaan Bernoulli
P + 1/2 ρv2 + ρgh = Konstant
P1 + 1/2 ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2 ρv22 + ρgh2
Keterangan :
P = tekanan (Pascal = Pa = N/m2)
ρ = massa jenis fluida; cairan ataupun gas (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
Tangki Bocor Mendatar
v = √(2gh)
X = 2√(hH)
t = √(2H/g)
Keterangan :
v = kecepatan keluar cairan dari lubang
X = jarak mendatar jatuhnya cairan
h = jarak permukaan cairan ke lubang bocor
H = jarak tempat jatuh cairan (tanah) ke lubang bocor
t = waktu yang diperlukan cairan menyentuh tanah
Q = V/t
Q = Av
Keterangan :
Q = debit (m3/s)
V = volume (m3)
t = waktu (s)
A = luas penampang (m2)
v = kecepatan aliran (m/s)
1 liter = 1 dm3 = 10−3 m3
Persamaan Kontinuitas
Q1 = Q2
A1v1 = A2v2
Persamaan Bernoulli
P + 1/2 ρv2 + ρgh = Konstant
P1 + 1/2 ρv12 + ρgh1 = P2 + 1/2 ρv22 + ρgh2
Keterangan :
P = tekanan (Pascal = Pa = N/m2)
ρ = massa jenis fluida; cairan ataupun gas (kg/m3)
g = percepatan gravitasi (m/s2)
Tangki Bocor Mendatar
v = √(2gh)
X = 2√(hH)
t = √(2H/g)
Keterangan :
v = kecepatan keluar cairan dari lubang
X = jarak mendatar jatuhnya cairan
h = jarak permukaan cairan ke lubang bocor
H = jarak tempat jatuh cairan (tanah) ke lubang bocor
t = waktu yang diperlukan cairan menyentuh tanah
B. Komponen-komponen dalam fluida dinamis
1. Debit (Q)
Debit aliran adalah jumlah volume fluida yang mengalir persatuan waktu. Debit aliran dapat dicari dengan persamaan berikut :
Keterangan :
Q = debit aliran (m3/s)
A = luas penampang (m2)
V = laju aliran fluida (m/s)
t = selang waktu (s)
2. Persamaan Kontinuitas
Air yang mengalir di dalam pipa air dianggap mempunyai debit yang sama di sembarang titik. Atau jika ditinjau 2 tempat, maka: Debit aliran 1 = Debit aliran 2, atau :
a. Hukum Bernoulli
Hukum Bernoulli adalah hukum yang berlandaskan pada hukum kekekalan energi yang dialami oleh aliran fluida. Hukum ini menyatakan bahwa jumlah tekanan (p), energi kinetik per satuan volume, dan energi potensial per satuan volume memiliki nilai yang sama pada setiap titik sepanjang suatu garis arus. Hukum Bernoulli ditemukan oleh Daniel Bernoulli, seorang matematikawan Swiss yang menemukannya pada 1700-an. Bernoulli menggunakan dasar matematika untuk merumuskan hukumnya.Jika dinyatakan dalam persamaan menjadi :
Keterangan :
P = tekanan air (Pa)
v = kecepatan air (m/s)
g = percepatan gravitasi
h = ketinggian air
b. Penerapan Hukum Bernoulli
1. Teorema Toricelli (laju effluk)
Laju air yang menyembur dfari lubang sama dengan air yang jatuh bebas dari ketinggianh. Laju air yang menyembur dari lubang dinamakan laju effluk. Fenomena ini dinamakan dengan teorema Toricelli.
Keterangan :
A = luas kebocoran lubang (m/s)
h = ketinggian (m)
g = percepatan gravitasi bumi (m/s2)
2. Venturimeter
Venturimeter adalah sebuah alat yang bernama pipa venturi. Pipa venturi merupakan sebuah pipa yang memiliki penampang bagian tengahnya lebih sempit dan diletakkan mendatar dengan dilengkapi dengan pipa pengendali untuk mengetahui permukaan air yang ada sehingga besarnya tekanan dapat diperhitungkan. Ada dua venturimeter yang akan kita pelajari, yaitu venturimeter tanpa manometer dan venturimeter menggunakan manometer yang berisi zat cair lain.
3. Tabung pitot
Alat ukur yang dapat kita gunakan untuk mengukur kelajuan gas adalah tabung pitot. Perhatikan gambar berikut.
Gas (misalnya udara) mengalir melalui lubanglubang di titik a. Lubang-lubang ini sejajar dengan arah aliran dan dibuat cukup jauh di belakang sehingga kelajuan dan tekanan gas di luar lubang-lubang tersebut mempunyai nilai seperti halnya dengan aliran bebas. Jadi, va = v (kelajuan gas) dan tekanan pada kaki kiri manometer tabung pilot sama dengan tekanan aliran gas (Pa).
Lubang dari kaki kanan manometer tegak lurus terhadap aliran sehingga kelajuan gas berkurang sampai ke nol di titik b (vb = 0). Pada titik ini gas berada dalam keadaan diam. Tekanan pada kaki kanan manometer sama dengan tekanan di titik b (pb). Beda ketinggian titik a dan b dapat diabaikan (ha = hb), sehingga perbedaan tekanan yang terjadi menurut persamaan Bernoulli adalah sebagai berikut :
Oleh karena itu, kecepatan aliran gas vA = v dapat dirumuskan sebagai berikut.
4. Penyemprot
Pada alat penyemprot alat nyamuk dan parfum, saat batang penghisap ditekan, udara akan mengalir dengan kecepatan tinggi dfan melewati dimulut pipa. Akibatnya ,tekanan diujung mulut pipa menjadi kecil. Perbedaan tekanan ini mengaklibatkan cairan didalam tangki naik dan dihamburkan dengan halus oleh aliran udara dari tabung pengisap.
5. Pesawat Terbang
Gaya angkat pesawat terbang bukan karena mesin, tetapi pesawat bisa terbang karena memanfaatkan hukum bernoulli yang membuat laju aliran udara tepat di bawah sayap, karena laju aliran di atas lebih besar maka mengakibatkan tekanan di atas pesawat lebih kecil daripada tekanan pesawat di bawah.
Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dan sisi bagian atas yang lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Perhatikan gambar dibawah. Garis arus pada sisi bagian atas lebih rapat daripada sisi bagian bawahnya.
Artinya, kelajuan aliran udara pada sisi bagian atas pesawat v2 lebih besar daripada sisi bagian bawah sayap v1. Sesuai dengan asas Bornoulli, tekanan pada sisi bagian atas p2 lebih kecil daripada sisi bagian bawah p1 karena kelajuan udaranya lebih besar. Dengan A sebagai luas penampang pesawat, maka besarnya gaya angkat dapat kita ketahui melalui persamaan berikut.
Keterangan :
ρ = massa jenis udara (kg/m3)
v1= kecepatan aliran udara pada bagian atas pesawat (m/s)
v2= kecepatan aliran udara pada bagian bawah pesawat (m/s)
F= Gaya angkat pesawat (N)
Pesawat terbang dapat terangkat ke atas jika gaya angkat lebih besar daripada berat pesawat. Jadi, suatu pesawat dapat terbang atau tidak tergantung dari berat pesawat, kelajuan pesawat, dan ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat, makin besar kecepatan udara. Hal ini berarti gaya angkat sayap pesawat makin besar. Demikian pula, makin besar ukuran sayap makin besar pula gaya angkatnya. Supaya pesawat dapat terangkat, gaya angkat harus lebih besar daripada berat pesawat (F1 – F2) > m g. Jika pesawat telah berada pada ketinggian tertentu dan pilot ingin mempertahankan ketinggiannya (melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus diatur sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan berat pesawat (F1 – F2) = m g.
1. Soal UN Fisika SMA 2012/2013 SA 55 No.15
Sebuah bak yang besar berisi air dan terdapat sebuah kran seperti gambar. Jika g = 10 ms-2, maka kecepatan semburan air dari kran adalah…
A. 3 ms-1
B. 8 ms-1
C. 9 ms-1
D. 30 ms-1
E. 900 ms-1
Pembahasan
Diketahui :
Ketinggian (h) = 85 cm – 40 cm = 45 cm = 0,45 meter
Percepatan gravitasi (g) = 10 m/s2
Ditanya : Kecepatan semburan air dari kran (v)
Jawab :
Teorema Torricelli menyatakan bahwa kecepatan semburan air melalui lubang yang berjarak h dari permukaan air sama dengan kecepatan jatuh bebas air dari ketinggian h.
Kecepatan semburan air dihitung menggunakan rumus gerak jatuh bebas vt2 = 2 g h
vt2 = 2 g h = 2(10)(0,45) = 9
Jawaban yang benar adalah A.
2. Azas Bernoulli dalam fluida bergerak menyatakan hubungan antara ….
jawab :
Dalam fluida bergerak, hubungan antara tekanan, kecepatan, dan massa jenis dinyatakan oleh Azas Bernouli.
3.
Pada gambar tersebut, G adalah generator 1.000 W yang digerakan dengan kincir angin, generator hanya menerima energi sebesar 80% dari air. Bila generator dapat bekerja normal, maka debit air yang sampai kekincir air dalah ….jawaban:
Diketahui:
Pg = 103watt
ρg = 80% ρair = 0,8 ρair
h = 10 m
Ditanya Q = …. ?
Pg = η.ρ.V.g.h
1000 = 0,8.103.V.10.10
V = 12,5.103m3 = 12,5L
Q = V/t = 12,5 L/s
4. Suatu fluida ideal mengalir di dlaam pipa yang diameternya 5 cm, maka kecepatan aliran fluida adalah ….
jawaban:
Pembahasan:
Diketahui:
d = 5 cm = 5.10-2 m
r = 2,5 cm = 2,5.10-2 m
v = 32 m/s
Ditanya: v = …?
Jawab:
Karena memiliki besar diameter yang sama, maka kecepatan aliran fluida besarnya sama, yaitu 32 m/s.
5. Sebuah selang karet menyemprotkan air vertikal ke atas sejauh 4,05 meter. Bila luas ujung selang adalah 0,8 cm2, maka volume air yang keluar dari selang selama 1 menit adalah … liter
jawaban
Diketahui:
h = 4,05 m
A = 0,8cm2 = 8.10-5m2
t = 1menit = 60 sekon
ditanya: V = ….?
Jawab
Ep = m.g.h = ½ mv2
v = √2.g.h = √2.10.4,05 = 9 m/s
Q = A.v = 8.10-3.9 = 7,2.10-4 m3/s
V = Q.t = 7,2.10-4.60 = 432.10-4m3 = 43,2 L
6. Minyak mengalir melalui sebuah pipa bergaris tengah 8 cm dengan kecepatan rata-rata 3 m/s. Cepat aliran dalam pipa sebesar ….
jawaban:
Q = π.R2.v = 3,14.16.10-4.3 = 0,151 m3/s = 151 liter/s
7. Debit air yang keluar dari pipa yang luas penampangnya 4cm2 sebesar 100 cm3/s. Kecepatan air yang keluar dari pipa tersebut adalah ….
jawaban: c
v = Q/A = 100/4 = 25 cm/s = 0,25 m/s
8.Air mengalir kedalam sebuah bak dengan debit tetap 0,5 liter/s. Jika bak tersebut berukuran 1x1x1 m3, maka bak tersebut akan penuh dalam waktu … menit.
10. jawaban:
Diketahui
Q = 0,5 liter/s = 5.10-4 m3/s
V = 1m3
A = 1m2
Ditanyakan: t = …. ?
Jawab:
t = V/Q = 1/5.10-4 = 2000 s = 33,3 menit.
Soal latihan
1. Sebuah kolam dengan volume 5 m³ dalam keadaan kosong diakhiri air melalui selang plastik yang berpenampang 4 cm³. Jika air mengalir dengan kecupan 10 m/s, maka kolam akan penuh setelah... 2. Pipa yang mempunyai dua penampang A1 dan A2 digunakan untuk mengaliri air. Luas penampang A1 = 20 cm² dan luas penampang A2 = 10 cm². Perbandingan kecepatan aliran pada penampang A1 dengan penampang A2 adalah....
3. Jika kecepatan aliran udara di bagian bawah sayap pesawat 70 m/s, berapakah kecepatan di atasnya jika tekanan ke atas yang diperolehnya adalah 20 N/m² ? ( p = 1,29 kg/m³ )
4. Sebuah lubang yang terletak 5 m di bawah permukaan air sebuah bak yang besar mempunyai diameter 0,5 cm
Tenukan:
a. Kecepatan keluarnya air melalui lubang tersebut
5. Sebuah pipa harizontal mempunyai luas penampang 10 cm² dalam suatu bagian dan 20 cm² dalam bagian lainnya laju air dalam penampang pertama adalah 2 m/s dan tekanan air dalam penampang kedua adalah 4 x 10⅝ N/m². Berpakah tekanan air dalam penampang pertama?
Tugas proyek fisika
Semester ganjil
Guru fisika Indri Dayana M. Si
Komentar
Posting Komentar